(57)【要約】【課題】  本発明は、微小試料の傾斜シリーズ像を短時間で取得することに関する。【解決手段】  本発明は、傾斜シリーズ像を取得する際の焦点ずれ量と一致度の関係をあらかじめ計測しておき、その関係に基づき一致度から焦点ずれを逆算して、ステージや対物レンズ等を制御して焦点ずれを補正し、傾斜シリーズ像を取得することに関する。また、本発明は、傾斜シリーズ像を撮影する際に参照画像をあらかじめ取得しておき、取得された画像と参照画像との相関を取り、一致度が設定値以下であった場合に、警告メッセージの発信や、画像取得シーケンスの停止、等の処理を実施することに関する。本発明により、傾斜シリーズ像を撮影する際の焦点合わせを高速に行うことが可能となり、傾斜シリーズ像の撮影時間を短縮できる。また、三次元再構築に適さない画像を排除することができる。これにより、半導体や先端材料の不良解析等のスループットを上げることができる。【選択図】図３
2010033725.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料を回転可能に保持する試料台と、
前記試料に荷電粒子線を照射する照射光学系と、
試料を透過した荷電粒子線、又は荷電粒子線により試料から発生した２次電子を検出する検出器と、
少なくとも前記試料台の回転角度を制御する試料台制御装置と、
少なくとも前記照射光学系、又は試料台制御装置を制御する演算装置と、を備え
あらかじめ求めておいた焦点ずれ量と一致度の関係を用いて視野逃げ補正を行い、自動で傾斜シリーズ像の撮影を行うことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項２】
請求項１記載の荷電粒子線装置において、
前記演算装置が、前記試料の画像データ、又はそのデータの一部をテンプレートして登録する手段と、少なくとも二つの画像データを取得し一つの画像をテンプレートとして他方の画像と画像相関演算を行って一致度を算出する手段と、を含むことを特徴とする装置。
【請求項３】
請求項１記載の荷電粒子線装置において、
前記演算装置が、撮影された傾斜シリーズ像の各々と前記テンプレート画像との画像相関演算を行って一致度を算出する手段と、前記一致度のしきい値を設定する手段と、傾斜シリーズ像のうち前記一致度が前記しきい値以下である画像をハイライト表示させる手段と、を含むことを特徴とする装置。
【請求項４】
請求項１記載の荷電粒子線顕微装置において、
前記演算装置が、撮影された傾斜シリーズ像の各々と前記テンプレート画像との画像相関演算を行って一致度を算出する手段と、前記一致度のしきい値を設定する手段と、傾斜シリーズ像のうち前記一致度が前記しきい値以下である画像が撮影されたときに試料への荷電粒子線の照射を停止する手段と、を含むことを特徴とする装置。
【請求項５】
請求項４の荷電粒子線顕微装置において、
前記演算装置が、荷電粒子線の照射が停止されたときに警告表示を発信する手段と、を含むことを特徴とする装置。
【請求項６】
試料を回転可能に保持する試料台と、
前記試料に荷電粒子線を照射する照射光学系と、
試料を透過した荷電粒子線、又は荷電粒子線により試料から発生した２次電子を検出する検出器と、
少なくとも前記試料台の回転角度を制御する試料台制御装置と、
少なくとも前記照射光学系、又は試料台制御装置を制御する演算装置と、を備え
あらかじめ求めておいた焦点ずれ量と一致度の関係を用いて焦点補正を行い、自動で傾斜シリーズ像の撮影を行うことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項７】
請求項６記載の荷電粒子線装置において、
前記演算装置が、前記試料の画像データ、又はそのデータの一部をテンプレートして登録する手段と、少なくとも二つの画像データを取得し一つの画像をテンプレートとして他方の画像と画像相関演算を行って一致度を算出する手段と、を含むことを特徴とする装置。
【請求項８】
請求項６記載の荷電粒子線装置において、
前記演算装置が、撮影された傾斜シリーズ像の各々と前記テンプレート画像との画像相関演算を行って一致度を算出する手段と、前記一致度のしきい値を設定する手段と、傾斜シリーズ像のうち前記一致度が前記しきい値以下である画像をハイライト表示させる手段と、を含むことを特徴とする装置。
【請求項９】
請求項６記載の荷電粒子線顕微装置において、
前記演算装置が、撮影された傾斜シリーズ像の各々と前記テンプレート画像との画像相関演算を行って一致度を算出する手段と、前記一致度のしきい値を設定する手段と、傾斜シリーズ像のうち前記一致度が前記しきい値以下である画像が撮影されたときに試料への荷電粒子線の照射を停止する手段と、を含むことを特徴とする装置。
【請求項１０】
請求項９の荷電粒子線顕微装置において、
前記演算装置が、荷電粒子線の照射が停止されたときに警告表示を発信する手段と、を含むことを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
荷電粒子線顕微装置における傾斜シリーズ像の取得に関する。
【背景技術】
【０００２】
荷電粒子装置、特に透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて、半導体や先端材料などの試料の三次元再構築を行い、試料の三次元的な構造から不良解析を行うというニーズが高まっている。三次元再構築を行うには、数度ステップで試料を傾斜させて撮影した一連の画像（傾斜シリーズ像）が必要となる。この時に使用する試料は、１μｍ程度の大きさであり、ピラー状である場合が多い。
【０００３】
特許文献１（特開２００４−８７２１４号公報）には、ピラー状の試料を、３６０°回転可能なピラーホルダに搭載し、数万倍以上の倍率で観察することが開示されている。
【０００４】
また、特許文献２（特願平５−３２２３９６号公報）には、先鋭度に基づく焦点補正が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−８７２１４号公報
【特許文献２】特開平０７−１７６２８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本願発明者が傾斜シリーズ像の取得に関して鋭意検討した結果、次のような知見を得た。
【０００７】
通常、試料を搭載するステージや試料ホルダの機械的な回転精度は十μｍ程度のオーダーである。この為、例えば、特許文献１のピラーホルダに、１μｍ程度の試料を搭載して回転させると、図１に示すように、試料は偏心を伴った回転運動を引き起こす。傾斜シリーズ像撮影を行う場合には、ある角度で試料を視野中心に移動させ、焦点合わせを行った後に画像撮影を行い、その後、数度程度の所望の角度ステップで試料を傾斜させる。しかし、この回転は、上述したような偏心を伴った運動であるため、回転により試料は観察視野から外れる。このため、オペレータがステージを操作し、試料を観察視野の中心に移動させなければならなかった。また、偏心は焦点ずれをもたらす為、オペレータは焦点合わせをする必要があった。
【０００８】
特許文献２記載の技術を用いて傾斜シリーズ像を自動撮影する場合、一つの傾斜角度に対して１０枚程度の画像を撮影する必要がある。そして、自動撮影を行う場合、撮影された画像が、全て三次元再構築を行うにあたって有効であるとは限らない。つまり、自動撮影を行うときに用いる画像処理精度や、試料を傾斜させる際の機械的精度により、撮影された画像中に試料が写っていなかったり、著しく焦点がずれている画像が存在したりする可能性がある。そのような画像を三次元再構築にそのまま使用すると、再構成された画像に偽像が生じる。この為、オペレータが撮影された画像を一枚一枚確認し、三次元再構築に不適な画像を選別し、不適な画像を取り直すという作業が必要となる。この為、三次元再構築するためのシリーズ像全てを撮影しようとすると、膨大な時間が必要となる。
【０００９】
また、荷電粒子線を試料に長時間照射することにより、試料表面にコンタミネーションが付着してしまうという問題も生じる。
【００１０】
本発明は、微小試料の傾斜シリーズ像を短時間で取得することに関する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、傾斜シリーズ像を取得する際の焦点ずれ量と一致度の関係をあらかじめ計測しておき、その関係に基づき一致度から焦点ずれを逆算して、ステージや対物レンズ等を制御して焦点ずれを補正し、傾斜シリーズ像を取得することに関する。
【００１２】
また、本発明は、傾斜シリーズ像を撮影する際に参照画像をあらかじめ取得しておき、取得された画像と参照画像との相関を取り、一致度が設定値以下であった場合に、警告メッセージの発信や、画像取得シーケンスの停止、等の処理を実施することに関する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明により、傾斜シリーズ像を撮影する際の焦点合わせを高速に行うことが可能となり、傾斜シリーズ像の撮影時間を短縮できる。また、三次元再構築に適さない画像を排除することができる。これにより、半導体や先端材料の不良解析等のスループットを上げることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
実施例では、試料を回転可能に保持する試料台と、試料に荷電粒子線を照射する照射光学系と、試料を透過した荷電粒子線、又は荷電粒子線により試料から発生した２次電子を検出する検出器と、少なくとも試料台の回転角度を制御する試料台制御装置と、少なくとも照射光学系、又は試料台制御装置を制御する演算装置と、を備え、あらかじめ求めておいた焦点ずれ量と一致度の関係を用いて視野逃げ補正を行い、自動で傾斜シリーズ像の撮影を行う荷電粒子線装置を開示する。
【００１５】
また、実施例では、試料を回転可能に保持する試料台と、試料に荷電粒子線を照射する照射光学系と、試料を透過した荷電粒子線、又は荷電粒子線により試料から発生した２次電子を検出する検出器と、少なくとも試料台の回転角度を制御する試料台制御装置と、少なくとも照射光学系、又は試料台制御装置を制御する演算装置と、を備え、あらかじめ求めておいた焦点ずれ量と一致度の関係を用いて焦点補正を行い、自動で傾斜シリーズ像の撮影を行う荷電粒子線装置を開示する。
【００１６】
また、実施例では、演算装置が、試料の画像データ、又はそのデータの一部をテンプレートして登録する手段と、少なくとも二つの画像データを取得し一つの画像をテンプレートとして他方の画像と画像相関演算を行って一致度を算出する手段と、を含む荷電粒子線装置を開示する。
【００１７】
また、実施例では、演算装置が、撮影された傾斜シリーズ像の各々とテンプレート画像との画像相関演算を行って一致度を算出する手段と、一致度のしきい値を設定する手段と、傾斜シリーズ像のうち一致度がしきい値以下である画像をハイライト表示させる手段と、を含む荷電粒子線装置を開示する。
【００１８】
また、実施例では、演算装置が、撮影された傾斜シリーズ像の各々とテンプレート画像との画像相関演算を行って一致度を算出する手段と、一致度のしきい値を設定する手段と、傾斜シリーズ像のうち一致度がしきい値以下である画像が撮影されたときに試料への荷電粒子線の照射を停止する手段と、を含む荷電粒子線顕微装置を開示する。
【００１９】
また、実施例では、演算装置が、荷電粒子線の照射が停止されたときに警告表示を発信する手段と、を含む荷電粒子線装置を開示する。
【００２０】
以下、上記及びその他の本願発明の新規な特徴と効果について図面を参酌して説明する。尚、図面は発明の理解に用いるものであり、権利範囲を減縮するものではない。
【実施例１】
【００２１】
本実施例では、三次元再構築に必要な傾斜シリーズ像を自動で取得する際に、焦点ずれ量と一致度の関係をあらかじめ計測しておき、その関係に基づき一致度から焦点ずれ量を逆算して、ステージ高さもしくは対物レンズ電流値を制御して焦点ずれを補正する。
【００２２】
また、本実施例では、傾斜シリーズ像を撮影する際に、あらかじめオペレータが参照画像を取得しておき、自動取得された画像を自動で参照画像と相関を取り、一致度が設定値以下であった場合に、警告メッセージを発信するか、又は、自動画像取得シーケンスを止める。もしくは、自動撮影された傾斜シリーズ像のうち、一致度が設定値以下の画像をオペレータに知らせる。
【００２３】
（１）装置構成
図２は、透過電子顕微鏡（以下ＴＥＭと略す）鏡体１の基本構成図である。ＴＥＭの鏡体１は電子銃２と照射レンズ３と対物レンズ４，投射レンズ５で構成される。照射レンズ３，対物レンズ４の間には、走査コイル６が配置されており、走査コイル６の下方に試料７が挿入される。試料７は、試料ホルダ８に取り付けられており、試料ホルダ８はホルダ制御部９に接続されている。試料７上方、走査コイル６の下には、二次電子検出器１０が組み込まれている。二次電子検出器１０は、走査像表示装置１１に接続されている。投射レンズ５の下方には、暗視野ＳＴＥＭ像観察用の円環状検出器１２が配置されている。円環状検出器１２は、走査像表示装置１１に接続されている。また、円環状検出器１２の下方には電子線軸からの出し入れが可能な検出器１３（明視野ＳＴＥＭ像観察用）が備えられており、走査像表示装置１１に接続されている。検出器１３の下方には、透過像観察用ＴＶカメラ１４が配置されている。ＴＶカメラ１４は、ＴＶカメラ制御部１５を介してＴＶモニター１６に接続されている。
【００２４】
電子線１７は、照射レンズ３により、試料面上でスポット状に収束され、走査コイル６によって試料７面上を走査する。二次電子検出器１０は、電子線１７の照射によって、試料７から放出される二次電子を検出して、走査像表示装置１１により、試料７の電子線１７走査領域の二次電子像を表示する。検出器１３では試料７から角度が半角約５０mrad以内で散乱を受けた透過電子を検出して走査像表示装置１１により、明視野透過電子像を表示する。円環状検出器１２についても同様であり、電子線１７の照射によって、試料７から散乱角度が半角約８０〜５００mradの範囲で散乱した電子（弾性散乱電子）を検出し、走査像表示装置１１により、暗視野透過電子像を表示する。また、照射レンズ３の条件を変えることにより、試料７面上に、ある広がりをもった電子線１７が照射され、試料７を透過した電子は対物レンズ４により、結像され、その像は投射レンズ５により拡大され、ＴＶカメラ１４上に投影される。投影された透過電子像はＴＶカメラ制御部１５を介し、ＴＶモニター１６上に表示される。試料７は試料ホルダ８に接続されたホルダ制御部９により、電子線光軸上で角度を変えることが可能で、様々な角度から二次電子像，走査透過像，透過電子像を観察することが可能である。
【００２５】
図３に、透過電子顕微鏡の制御系概略図を示す。図３に示すように、透過像観察用レンズデータを記憶しているＲＯＭ１４６から各ＤＡＣ１２４，１２５，１２８，１３１〜１３４に出力してレンズ系のデータをアナログ信号に変換する。各ＤＡＣ１２４，１２５，１２８，１３１〜１３４より励磁電源１１３，１１４，１１７，１２０〜１２３にアナログ信号を出力して各レンズ系のレンズコイル１０２，１０３，１０６，１０９〜１１２に電流を出力させる。これらのレンズ系で荷電粒子線を偏向・収束させて試料に照射する。試料を透過した粒子線もしくは試料表面で発生した二次電子を検出器（ＴＶ１４９，二次電子検出器１５１）で信号検出し、ＴＶ制御部に送信しＴＶ上に画像表示する。表示された画像は、ＲＯＭやＲＡＭに格納する。
【００２６】
（２）試料ホルダ（ステージ）
図４は、荷電粒子線装置用の試料ホルダ８の先端部の上面図（ａ）および断面図（ｂ）を示す。試料ホルダ８は、先端部と連結されたホルダ軸３１が、軸中心の周りに３６０°回転可能な機構を有し、さらに前記機構と独立して先端部に傘歯車３２（第１の傘歯車）を有する別の回転軸３３をホルダ軸３１内部に有する。試料回転軸３３はホルダ制御部９に接続され、ホルダ制御部９により、試料回転軸３３および傘歯車３２が回転する。傘歯車３２と傘歯車３４（第２の傘歯車）は噛み合うように接しており、試料回転軸３３を回転することにより、傘歯車３２が回転し、同時に傘歯車３４が回転する。また、試料ホルダ８はＦＩＢ装置内でイオンビームが入射する際、試料ホルダ８の構造物がイオンビームをさえぎることの無いよう一部解放された構造となっている。
【００２７】
図５は、試料台３５側面図（ａ）および斜視図（ｂ）である。試料台３５に微小試料片３６を固定した状態の側面図および斜視図をそれぞれ（ｃ），（ｄ）に示す。微小試料片３６は試料台３５の先端に取り付けられている。試料台３５先端部は微小試料片３６の固定が容易なように平坦な形状を有する。微小試料片３６と試料台３５の接触部分には、ＦＩＢを用いてデポジション膜３７を形成させ、接着する。
【００２８】
図５（ａ）に、荷電粒子線装置用試料ホルダ８に試料台３５（試料支持部）を固定した例を示す。傘歯車３２および３４は中空状になっており、試料台３５を差し込むように装着することができる。ＦＩＢによる加工を行うときは、試料台３５を傘歯車３４に装着し、ＦＩＢ装置に試料ホルダ８を挿入し、試料台３５上方よりイオンビームを入射させ、微小試料片３６を加工する。イオンビームを一点に留まらせたまま試料台３５を回転させると、円筒状の微小試料片３６を加工することができる。
【００２９】
ＦＩＢによる加工が終わったら、ホルダ軸３１自体を９０°回転させ透過電子顕微鏡１試料室に試料ホルダ８を挿入し、試料台３５の側面から電子線１７を入射させる。すなわち、紙面に垂直方向から電子線１７を入射させて透過像を観察する。この際、試料回転軸３３を動かすことにより、傘歯車３４が回転し、微小試料片３６の周囲３６０°の方向から観察することが可能である。微小試料片３６の回転角度は、ホルダ制御部９により、試料回転軸３３を駆動することにより制御することができる。また、ホルダ制御部９は、試料ホルダ８をＸＹＺ方向に微小制御することもできる。
【００３０】
尚、本実施例では、試料ホルダをホルダ制御部９によりＸＹＺ方向に微小制御しているが、当該ホルダをＸＹＺ方向に微小移動可能なステージに配置する構成としても良い。
【００３１】
（３）位相限定相関で移動量を計算する手段
透過像一部を切り取った画像を透過像としてＭ×Ｎの画素数で記憶装置に登録画像としてｆ１（ｍ，ｎ）として記録する。次に記録モード後に取り込んだ画像をＭ×Ｎの画素数で記憶装置に参照画像としてｆ２（ｍ，ｎ）として記録する。
【００３２】
但し、どちらも自然画像とし、ｍ＝０，１，２，・・・Ｍ−１、  ｎ＝０，１，２，・・・Ｎ−１である。
【００３３】
ｆ１（ｍ，ｎ），ｆ２（ｍ，ｎ）の離散フーリエ画像Ｆ１（ｍ，ｎ），Ｆ２（ｍ，ｎ）はそれぞれ（１），（２）で定義される。
【００３４】
Ｆ１（ｕ，ｖ）＝Ａ（ｕ，ｖ）ｅｊθ（ｕ，ｖ）    ・・・・・（１）
Ｆ２（ｕ，ｖ）＝Ｂ（ｕ，ｖ）ｅｊφ（ｕ，ｖ）    ・・・・・（２）
【００３５】
但し、ｕ＝０，１，２，・・・Ｍ−１、  ｖ＝０，１，２，・・・Ｎ−１
Ａ（ｕ，ｖ），Ｂ（ｕ，ｖ）は振幅スペクトル、θ（ｕ，ｖ），φ（ｕ，ｖ）は位相スペクトル。
【００３６】
位相相関では、２画像間で像の平行移動があった場合には相関のピークの位置が移動量だけずれる。
【００３７】
以下に移動量の導出方法を説明する。
【００３８】
まず、原画像ｆ２（ｍ，ｎ）が、ｘ方向にｒ′だけ移動したとしてｆ４（ｍ，ｎ）＝ｆ２（ｍ＋ｒ′，ｎ）とする。
【００３９】
式（２）を式（３）のように変形する。
【００４０】
Ｆ４（ｕ，ｖ）＝ΣΣｆ２（ｍ＋ｒ′，ｎ）ｅ−ｊ２π（ｍｕ／Ｍ＋ｎｖ／Ｎ）
＝Ｂ（ｕ，ｖ）ｅｊ（φ＋２πｒ′ｕ／Ｍ）・・・・・（３）
【００４１】
振幅スペクトルＢ（ｕ，ｖ）を定数とすることにより、画像のコントラストに依存しない位相画像となる。ｆ４の位相画像Ｆ′４（ｕ，ｖ）は式（４）となる。
【００４２】
Ｆ４′（ｕ，ｖ）＝ｅｊ（φ＋２πｒ′ｕ／Ｍ）    ・・・・・（４）
【００４３】
位相画像Ｆ′１（ｕ，ｖ）にＦ′２（ｕ，ｖ）の複素供役を乗ずることによって合成画像Ｈ１４（ｕ，ｖ）は式（５）となる。
【００４４】
Ｈ１４（ｕ，ｖ）＝Ｆ′１（ｕ，ｖ）（Ｆ′２（ｕ，ｖ））＊
＝ｅｊ（θ−φ−２πｒｕ／Ｍ）  ・・・・・（５）
【００４５】
相関強度画像Ｇ１４（ｒ，ｓ）は、合成画像Ｈ１４（ｕ，ｖ）を逆フーリエ変換することによって式（６）となる。
【００４６】
Ｇ１４（ｒ，ｓ）＝ΣΣ（Ｈ１４（ｕ，ｖ））ｅｊ２π（ｕｒ／Ｍ＋ｕｓ／Ｎ）
＝ΣΣ（ｅｊ（θ−φ−２πｒ′ｕ／Ｍ））ｅｊ２π（ｕｒ／Ｍ
＋ｕｓ／Ｎ）
＝Ｇ１２（ｒ−ｒ′）    ・・・・・（６）
【００４７】
式（６）より、２つの画像間でＸ方向に位置ずれ量ｒ′が存在する場合、相関強度画像のピークの位置は−ｒ′だけずれる。また、位相成分で相関計算するため、２つの画像で明るさやコントラストに違いがあっても移動量の計算が行える。２つの画像間でＸ方向に位置ずれ量が存在する場合は、相関強度画像の中心よりΔＧ（pixel）の位置にピークが発生する。例えば２つの画像間でＸ方向に２pixelのずれがあると、合成画像は２周期の波になる。これを逆フーリエ変換すると相関強度画像となり、中心から２pixelずれた位置にピークが発生する。このΔＧ（pixel）は検出器の受光面での移動に量相当し、ΔＧを試料面上の移動量Δｘに変換する。検出器の受光面の径Ｌ、受光面上での透過電子顕微鏡の倍率Ｍ、検出器の受光面の画素数Ｌｍとすると式（７）に示す。
【００４８】
Δｘ＝ΔＧ（pixel）×Ｌ／Ｌｍ（pixel）／Ｍ        ・・・・・（７）
【００４９】
Δｘは２つ画像間の試料面上での移動量となる。
【００５０】
また、荷電粒子線を走査して二次電子もしくは透過電子を検出して画像表示する走査型の電子顕微鏡では、試料面上での走査幅Ｄおよび撮影画像の解像度Ｒ（pixel）を用いて
Δｘ＝ΔＧ（pixel）×Ｄ／Ｒ        ・・・・・（８）
【００５１】
と計算される。
【００５２】
（４）一致度を計算する手段
次に、画像間移動量や倍率、回転角度の精度について説明する。位相成分のみを用いた相関計算では、数学上位相のみを使用しているため相関強度に現れるピークはδピークとなる。例えば、２つの画像間で１.５画素ずれると合成画像は１.５周期の波となる。これを逆フーリエ変換すると、相関強度画像の中心より１.５pixelずれた位置にδピークが立つが、１.５の画素は存在しないので、δピークの値は１pixel目と２pixel目に振り分けられる。ここで、一致度が高い画素の重心を取って、この振り分けられた値から真のδピーク位置を計算すると１／１０pixel程度の精度を計算結果が得られる。また、相関強度画像がδピークのため、２つの画像間における類似性の評価を相関強度画像のピークの高さによって行う。画像ｆ１（ｍ，ｎ）、ピークの高さPeak（pixel）とすると一致度（％）を式（９）に示す。
【００５３】
一致度（％）＝（Peak）／（ｍ×ｎ）×１００    ・・・・・（９）
【００５４】
例えば、処理画素数は１２８pixel×１２８pixelでPeakが１６３８４（pixel）の場合は、一致度＝（１６３８４）／（１２８×１２８）×１００＝１００（％）となる。
【００５５】
（５）傾斜シリーズ像の自動撮影
図６〜図８を用いて、傾斜シリーズ像の自動撮影のフローを説明する。
【００５６】
傾斜シリーズ像の自動撮影を行うときには、まず傾斜ステップ角度ｔ、及び撮影枚数ｎの設定をする。三次元再構築された画像に生じる虚像を最小限とするために、±９０°の傾斜角度範囲を１°〜５°ステップ等で撮影するため、３７枚〜１８１枚の撮影枚数を設定する。
【００５７】
次に、試料が正焦点かつ視野の中心となるように電子光学系、又は試料ステージ５２を調整し、画像撮影を行う。この基準画像の中からテンプレートとなる領域を設定し、以降のステップで利用する。テンプレートの設定は、図９に示すようにオペレータが領域を指定し設定する。
【００５８】
以上のような設定を行った後、傾斜シリーズ像の自動撮影を開始する。一枚目の画像はすでに調整済なのでそのまま取得し、その後、試料を所望の角度傾斜させる。試料を傾斜させると、傾斜機構の機械的な精度の問題で、視野逃げと同時に焦点ずれが生じる。視野逃げに関しては、画像取得後テンプレートと上述の移動量計算手段から移動量を算出し（１８４）、ステージや偏向器にフィードバックして補正をすればよい（１８５）。焦点ずれに関しては、試料傾斜し視野逃げ補正を行った後、画像を取得して一枚目の画像との画像相関を行う。比較を行う際は、上述の一致度計算手段を用いて、一致度を算出する。一致度と補正すべき試料高さは、あらかじめ求められているので、一致度に応じた補正量を試料ステージに対して指令をすればよい。一致度から焦点補正を行う場合には、透過像を使用すると傾斜角度によって試料の内部構造に従い試料の見え方が変化してしまうので、二次電子像を使う方がより精度の高い補正ができる。
【００５９】
また、図１０に示すような試料の傾斜角度によって、試料の幅等が変化しない円柱状のニードルステージを用いた方がより精度の高い補正が可能である。
【００６０】
（６）焦点ずれを補正するための手段
図６のフローチャートを用いて、焦点ずれを補正するための手段について説明する。まず正焦点での画像（０枚目）を撮影する（１９２）。この撮影された画像から図９のようにテンプレートとなる領域を選択する。次に、数μｍ程度試料の高さを変化させて焦点をずらして、次の画像（１枚目）を撮影する（１９３，１９４）。０枚目と１枚目の画像相関を取ることにより、一致度を求めて記録する（１９５）。
【００６１】
以降、順次試料高さを変化させて、画像を撮影し０枚目との一致度を算出していき、所望のＮに達したときに処理を終了する（１９７）。
【００６２】
こうして得られた一致度と試料高さの関係を図１１に示す。この関係をテーブル化しておくか、関数でフィッティングすることによって、焦点ずれと一致度の関係が決定される。図１０に、同じ計測を３回行った結果を示しているが、この図からわかるように試料高さの違いによる焦点ずれと一致度の関係は再現性が良好である。
【００６３】
傾斜シリーズ像を撮影する際に、試料を傾斜させて焦点ずれが生じた場合には、正焦点での画像との一致度を算出して、前記焦点ずれと一致度の関係から逆算し焦点補正後、画像撮影を行う。
【実施例２】
【００６４】
本実施例では、上述の実施例１の変形例について、実施例１との相違点を中心に説明する。
【００６５】
図１２は本実施例のフローチャートである。
【００６６】
まず、撮影条件１を設定する（２１１）。ここでは、傾斜ステップ角度を三次元再構築に必要な画像を取得するときの傾斜ステップ角度より粗く設定する。次に、焦点合わせを行って画像撮影し、撮影された画像の中からテンプレートとなる領域をオペレータが設定する（２１２）。その後、自動で試料傾斜させ画像撮影を行う。傾斜させた後の画像とテンプレートとの画像相関をとって一致度を算出する（２１５）。この時、一致度計算手段２を用いる。次に、試料傾斜をさせ、２１３〜２１８を必要な回数繰り返す。所望の角度範囲の撮影が終了したのち、試料傾斜角度と一致度の関係を求める（２１７）。実施例１で述べたように、一致度と試料高さの関係が決まるので、一致度から試料傾斜による試料高さ変化量を関係付けることができる。また、試料が偏心を伴った回転運動をしている場合には、傾斜角度と一致度の関係は３６０°周期の正弦関数で近似できる。よって、傾斜角度と一致度の関係を正弦関数でフィッティングすることが有効である。さらに、回転運動は円運動で近似できるので試料高さ（Ｚ方向）の変化量は、撮影画像内でのＸ方向の変化量と一致する。試料傾斜角度と一致度の関係を正弦関数でフィッティングした場合、試料傾斜角度とＸ方向の変位量の関係は正弦関数でフィッティングした関数に対して９０°位相がずれたものとなる。このようにして、ＸＹ平面内での視野逃げとＺ方向の焦点ずれが、各々ある関数で表現される。
【００６７】
次に、三次元再構築に必要な傾斜シリーズ像を自動撮影するフローについて、図１３を用いて説明する。まず、撮影条件を設定する（２２１）。この時、傾斜ステップ角度と撮影枚数を設定する。傾斜ステップ角度は１〜５°程度、撮影枚数は角度ステップ角度に応じて３７〜１８１枚程度を設定する。その後、自動で撮影を開始する。試料を傾斜させると視野逃げと焦点ずれが生じるが、上述のように、一致度からＸＹ平面内の移動とＺ方向への関係がすでに求められているため、でこの関係に基づいて、ステージ、又は荷電粒子線を移動させて視野逃げ補正（２２３）、焦点ずれ補正を行い（２２４）、画像撮影を行う。次に、試料傾斜し（２２２）、２２２〜２２６を繰り返し、設定枚数の画像撮影が撮影されたら自動取り込みを終了する。傾斜シリーズ像の中には三次元再構築に不適切な画像が含まれる場合があるので、あらかじめ撮影された画像との一致度を求めて、設定値以下の場合はその画像のハイライト表示をする（２２７）。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】偏心を伴った試料の回転運動。
【図２】透過電子顕微鏡の基本構成図。
【図３】透過電子顕微鏡の制御系概略図。
【図４】試料ホルダの概略図。
【図５】試料台の概略図。
【図６】実施例１のフローチャート。
【図７】実施例１のフローチャート。
【図８】撮影画像の一覧表示。
【図９】テンプレート登録画面。
【図１０】円柱状のニードルステージ。
【図１１】一致度と試料高さの関係。
【図１２】実施例２のフローチャート。
【図１３】実施例２のフローチャート。
【符号の説明】
【００６９】
１  鏡体
２，１００  電子銃
３  照射レンズ
４，２３  対物レンズ
５  投射レンズ
６  走査コイル
７，１５５  試料
８  試料ホルダ
９  ホルダ制御部
１０，２４  二次電子検出器
１１，２７  走査像表示装置
１２  円環状検出器
１３  検出器
１４  ＴＶカメラ
１５  ＴＶカメラ制御部
１６  ＴＶモニター
１７  電子線
３１  ホルダ軸
３２，３４，３８  傘歯車
３３  試料回転軸
３５  試料台
３６  微小試料片
３７  デポジション膜
１０２  第１照射レンズコイル
１０３  第２照射レンズコイル
１０４  第１偏向コイル
１０５  第２偏向コイル
１０６  対物レンズコイル
１０７  第１電磁式試料イメージ移動用コイル
１０８  第２電磁式試料イメージ移動用コイル
１０９  第１中間レンズコイル
１１０  第２中間レンズコイル
１１１  第１投射レンズコイル
１１２  第２投射レンズコイル
１１３〜１２３  励磁電源
１２４〜１３４  ＤＡＣ
１３５  マイクロプロセッサ
１３６  記憶装置
１３７  演算装置
１３８  ＣＲＴコントローラ
１３９  ＣＲＴ
１４０，１４１  Ｉ／Ｆ
１４２  倍率切替用ロータリーエンコーダ
１４３  入力用ロータリーエンコーダ
１４４  キーボード
１４５  ＲＡＭ
１４６  ＲＯＭ
１４７  ＴＶ制御部
１４８  シンチレータ
１４９  ＴＶ
１５０  マウス
１５１  二次電子検出器
１５２  試料ホルダ駆動機構
１６０  電子ビーム
１６１  試料搭載ホルダ上のニードルステージ
１６２  マイクロサンプリング試料
１６３  回転角度０°の時の試料
１６４  回転角度９０°の時の試料
１６５  回転角度１８０°の時の試料
１６６  試料回転軸
１７０  テンプレート設定窓
１７１  撮影画像
１８０〜１８９  実施例１の傾斜シリーズ像撮影時のフロー
１９０〜２００  ０番目に撮影した画像
２０１  ｍ番目に撮影した画像
２０２  ｍ＋１番目に撮影した画像
２１０〜２１７，２２０〜２２７  実施例２の傾斜シリーズ像撮影時のフロー
【図１】
2010033725.tif 000003
【図２】
2010033725.tif 000004
【図３】
2010033725.tif 000005
【図４】
2010033725.tif 000006
【図５】
2010033725.tif 000007
【図６】
2010033725.tif 000008
【図７】
2010033725.tif 000009
【図８】
2010033725.tif 000010
【図９】
2010033725.tif 000011
【図１０】
2010033725.tif 000012
【図１１】
2010033725.tif 000013
【図１２】
2010033725.tif 000014
【図１３】
2010033725.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成21年5月21日(2009.5.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料を回転可能に保持する試料台と、
前記試料に荷電粒子線を照射する照射光学系と、
試料を透過した荷電粒子線、又は荷電粒子線により試料から発生した２次電子を検出する検出器と、
少なくとも前記試料台の回転角度を制御する試料台制御装置と、
少なくとも前記照射光学系、又は試料台制御装置を制御する演算装置と、を備え
あらかじめ求めておいた焦点ずれ量と一致度の関係を用いて視野逃げ補正を行い、自動で傾斜シリーズ像の撮影を行うことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項２】
請求項１記載の荷電粒子線装置において、
前記演算装置が、前記試料の画像データ、又はそのデータの一部をテンプレートして登録する手段と、少なくとも二つの画像データを取得し一つの画像をテンプレートとして他方の画像と画像相関演算を行って一致度を算出する手段と、を含むことを特徴とする装置。
【請求項３】
請求項１記載の荷電粒子線装置において、
前記演算装置が、撮影された傾斜シリーズ像の各々と前記テンプレート画像との画像相関演算を行って一致度を算出する手段と、前記一致度のしきい値を設定する手段と、傾斜シリーズ像のうち前記一致度が前記しきい値以下である画像をハイライト表示させる手段と、を含むことを特徴とする装置。
【請求項４】
請求項１記載の荷電粒子線装置において、
前記演算装置が、撮影された傾斜シリーズ像の各々と前記テンプレート画像との画像相関演算を行って一致度を算出する手段と、前記一致度のしきい値を設定する手段と、傾斜シリーズ像のうち前記一致度が前記しきい値以下である画像が撮影されたときに試料への荷電粒子線の照射を停止する手段と、を含むことを特徴とする装置。
【請求項５】
請求項４の荷電粒子線装置において、
前記演算装置が、荷電粒子線の照射が停止されたときに警告表示を発信する手段と、を含むことを特徴とする装置。
【請求項６】
試料を回転可能に保持する試料台と、
前記試料に荷電粒子線を照射する照射光学系と、
試料を透過した荷電粒子線、又は荷電粒子線により試料から発生した２次電子を検出する検出器と、
少なくとも前記試料台の回転角度を制御する試料台制御装置と、
少なくとも前記照射光学系、又は試料台制御装置を制御する演算装置と、を備え
あらかじめ求めておいた焦点ずれ量と一致度の関係を用いて焦点補正を行い、自動で傾斜シリーズ像の撮影を行うことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項７】
請求項６記載の荷電粒子線装置において、
前記演算装置が、前記試料の画像データ、又はそのデータの一部をテンプレートして登録する手段と、少なくとも二つの画像データを取得し一つの画像をテンプレートとして他方の画像と画像相関演算を行って一致度を算出する手段と、を含むことを特徴とする装置。
【請求項８】
請求項６記載の荷電粒子線装置において、
前記演算装置が、撮影された傾斜シリーズ像の各々と前記テンプレート画像との画像相関演算を行って一致度を算出する手段と、前記一致度のしきい値を設定する手段と、傾斜シリーズ像のうち前記一致度が前記しきい値以下である画像をハイライト表示させる手段と、を含むことを特徴とする装置。
【請求項９】
請求項６記載の荷電粒子線装置において、
前記演算装置が、撮影された傾斜シリーズ像の各々と前記テンプレート画像との画像相関演算を行って一致度を算出する手段と、前記一致度のしきい値を設定する手段と、傾斜シリーズ像のうち前記一致度が前記しきい値以下である画像が撮影されたときに試料への荷電粒子線の照射を停止する手段と、を含むことを特徴とする装置。
【請求項１０】
請求項９の荷電粒子線装置において、
前記演算装置が、荷電粒子線の照射が停止されたときに警告表示を発信する手段と、を含むことを特徴とする装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
また、特許文献２（特開平０７−１７６２８５号公報）には、先鋭度に基づく焦点補正が開示されている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６７】
次に、三次元再構築に必要な傾斜シリーズ像を自動撮影するフローについて、図１３を用いて説明する。まず、撮影条件を設定する（２２１）。この時、傾斜ステップ角度と撮影枚数を設定する。傾斜ステップ角度は１〜５°程度、撮影枚数は傾斜ステップ角度に応じて３７〜１８１枚程度を設定する。その後、自動で撮影を開始する。試料を傾斜させると視野逃げと焦点ずれが生じるが、上述のように、一致度からＸＹ平面内の移動とＺ方向への関係がすでに求められているため、この関係に基づいて、ステージ、又は荷電粒子線を移動させて視野逃げ補正（２２３）、焦点ずれ補正を行い（２２４）、画像撮影を行う。次に、試料傾斜し（２２２）、２２２〜２２６を繰り返し、設定枚数の画像撮影が撮影されたら自動取り込みを終了する。傾斜シリーズ像の中には三次元再構築に不適切な画像が含まれる場合があるので、あらかじめ撮影された画像との一致度を求めて、設定値以下の場合はその画像のハイライト表示をする（２２７）。